電磁屏蔽復合膜
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-08-25
電磁屏蔽復合膜的實例教程
最近，SFPC課題組2020級博士研究生張雅莉同學借助“靜電紡絲-鋪層-熱壓”工藝制備了上下層為Fe3O4/聚乙烯醇（PVA）復合電紡纖維、中間層為Ti3C2Tx/PVA復合電紡纖維的三明治結構電磁屏蔽復合膜。靜電紡絲工藝促使Fe3O4和Ti3C2Tx沿PVA電紡纖維的徑向排列，有利于增加導磁、導電以及導熱通路形成的可能性。上下磁性層、中間導電層的三明治結構使電磁波在復合膜中經(jīng)歷“吸收-反射-再吸收”的過程，并使Fe3O4和Ti3C2Tx的有效濃度提高，增加三明治結構電磁屏蔽復合膜對電磁波的磁滯損耗，且有助于在較低Ti3C2Tx用量下迅速實現(xiàn)其完整導電、導熱通路的高效搭建。得益于靜電紡絲工藝與三明治結構的優(yōu)化設計構建，當Ti3C2Tx用量為13.3 wt%且Fe3O4用量為26.7 wt%時，三明治結構電磁屏蔽復合膜在75 μm厚度下的電磁屏蔽效能（EMI SE）為40 dB，高于相同填料用量下基于共混-靜電紡絲-熱壓工藝制備的電磁屏蔽復合膜（21 dB）；此外三明治結構電磁屏蔽復合膜還具有優(yōu)異的導熱性能（導熱系數(shù)λ和熱擴散系數(shù)α分別為2.86 W/(m·K)和2.43 mm2/s）和力學性能（拉伸強度、韌性和楊氏模量分別高達27.7 MPa、6 MJ/m3和8.27 GPa）。
展開 同時，電子元件產(chǎn)生的電磁（EM）波會干擾正常的電池行為和設備操作。因此，具有優(yōu)異熱管理和EM屏蔽材料的超薄功能復合材料在可穿戴設備的優(yōu)化方面具有廣闊的前景。熱管理和電磁屏蔽膜已被開發(fā)用于各種可穿戴應用。柔性織物的透氣性也是決定設備舒適性和可用性的關鍵因素，但金屬復合材料很難同時實現(xiàn)兩者兼而有之強度和透氣性。此外，可穿戴設備的輕薄特性往往會限制導電材料的熱管理能力。熱量積聚會導致薄膜失效，影響可穿戴織物的舒適性；增加電能也會影響材料的熱性能。熱傳導和分散通常伴隨著其他材料性能的波動，并且依賴于外部溫度，這使得可靠的散熱和熱利用受到很大限制。因此，柔性、透氣、增強的超薄金屬聚合物纖維膜用于有效的熱管理和高電磁干擾屏蔽仍然是一個挑戰(zhàn)，極大地限制了可穿戴設備的技術革命。
02
成果掠影
近期，英國曼徹斯特大學李加深教授在用于有效的熱管理和電磁屏蔽的材料方面取得相關進展。該團隊，通過在聚合物襯底上沉積銅顆粒，開發(fā)了超薄(15μm)、柔性和多孔的Cu/PLLA纖維膜。采用新穎的丙酮和熱處理工藝，在保持多孔纖維結構的同時，膜的強度顯著提高。其優(yōu)異的透氣性和超高的導電性使復合材料具有快速的電加熱特性和良好的導熱性能，可有效地進行熱管理。同時，多孔聚合物襯底結構大大增強了導電物質的擴散，提高了膜的電磁干擾屏蔽效果(H波段為7797.98 dB cm
2/g, Ku波段為8072.73 dB cm
2/g)。該復合材料具有較高的柔韌性、透氣性和強度，并具有熱管理和電磁屏蔽功能，在未來的便攜式電子設備和可穿戴一體化服裝中具有很大的潛力。
展開 電子通訊設備的快速發(fā)展，伴隨著嚴重的電磁干擾問題，常常導致系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至設備損害。電磁波污染甚至和人體接觸影響我們的身體健康。為降低這些風險，超輕、柔性電磁屏蔽材料的開發(fā)是至關重要的。通常，材料的電磁屏蔽性能主要受到其本征導電率的影響，因此高導電的金屬材料成為了最商業(yè)化的屏蔽材料。但是，金屬材料存在著密度高、易腐蝕及固有的剛性等問題，極大限制了其實際應用。
由于碳納米材料具有較高柔性、超高導電率及化學惰性等優(yōu)點，使其在電磁防護等領域有著重要的應用潛力。其中，二維石墨烯的導電性能最為優(yōu)異，可達到108 S/m，引起了廣泛的關注。然而，宏觀組裝石墨烯膜中石墨烯片層間存在強電子耦合效應，導致其僅僅只有~106 S/m的導電率。目前，利用化學摻雜提高宏觀石墨烯材料的載流子濃度和抑制層間耦合效應，已成為常用的策略。該課題組組曾報道通過氯化鉬（MoCl5）插層石墨烯膜可顯著的提高其導電率達到1.73×107 S/m，且實現(xiàn)了在空氣中性能保持穩(wěn)定。但是，在高溫環(huán)境中，MoCl5摻雜劑也極易從石墨烯層間脫除，從而導致石墨烯插層膜導電率嚴重降低，限制了其在許多極端環(huán)境中的電磁屏蔽應用。
本文亮點
（1）制備了低密度、結構均勻的氯化銅（CuCl2）摻雜石墨烯膜（GF），證實了其導電率可達到1.09×107 S/m，比導電率超過大部分金屬材料。
（2）解決了摻雜石墨烯材料溫度穩(wěn)定性差的難題，發(fā)現(xiàn)了GF-CuCl2的溫阻系數(shù)僅有4.31×10-4 K-1，熱穩(wěn)定性可達到400 ℃，可長時間在200 ℃環(huán)境中工作使用，導電率基本維持不變；通過DFT計算揭示了其高溫穩(wěn)定性的原理。
展開 隨著電子/電氣設備使用量的增加，電磁干擾（EMI）屏蔽技術的研究日益受到重視。電磁干擾不僅會引起電氣設備的故障，而且也危險人民的身體健康，因此電磁干擾屏蔽在現(xiàn)在社會中已成為一個重要的問題。金屬材料由于其良好的電磁波反射性能是一種傳統(tǒng)電磁屏蔽材料。然而，金屬材料由于密度大、成本高、不耐腐蝕、成型加工性差等缺點限制了其應用發(fā)展，而且金屬材料由于較高的電磁波反射率容易造成電磁波的二次污染。因此，導電高分子復合材料（CPC）具有優(yōu)異的成型加工性、低成本、低密度、耐腐蝕等優(yōu)勢有望替代傳統(tǒng)的金屬電磁屏蔽材料。然后，傳統(tǒng)的CPC具有較差的電磁屏蔽效能，而且往往需要高的導電填料填充量，使其力學性能變差，很難獲得大規(guī)模的應用。因此，如何通過復合材料的結構設計獲得高效電磁屏蔽高分子復合材料是解決問題的關鍵。
展開 來源 | Chemical Engineering Journal
01
背景介紹
電子和通信設備的需求不斷增長，器件開始面臨電磁微波(EMWs)污染和熱失控的新挑戰(zhàn)。為了解決這些問題，研究人員開發(fā)了各種材料來滿足熱管理和電磁干擾屏蔽應用的要求，從金屬到聚合物基復合材料。雖然金屬由于其高導熱性和電磁干擾屏蔽性能而被廣泛應用于各種商業(yè)領域，但其重量大、防腐性能差等缺陷阻礙了其廣泛應用。
在這種情況下，具有高導熱性和導電性的聚合物基復合材料脫穎而出，這種復合材料通常是通過復合導熱/電填料制成。常見的導熱填料包括石墨烯、碳納米管(CNTs)、碳納米纖維(CNFs)等，由于其低密度、低成本、優(yōu)異的導電性和導熱性以及卓越的機械性能，也被廣泛用于提高聚合物的性能，為聚合物基復合材料在電磁干擾屏蔽和熱管理領域的應用提供了可行性。
此外，導熱填料的分散的均勻性可以使聚合物基復合材料形成有效的網(wǎng)狀結構，從而提高了聚合物基復合材料的導電和導熱性。但是，由于超聲分散容易使碳填料團聚，會損害填料固有的電學和熱學性能。因此，由CNTs和石墨烯組成的三維自支撐骨架可以在一定程度上避免了填料的自聚集，為電子和熱傳遞提供了豐富的高效途徑，成為一種極具潛力的分散方法。
02
成果掠影
近期，西北工業(yè)大學宋強教授團隊在開發(fā)具有導熱和電磁屏蔽性能材料取得新進展。該團隊提出了一種新設計策略來構建用于環(huán)氧樹脂改性的全碳氣凝膠復合材料。
展開 
電磁屏蔽復合膜的相關專題、標簽、搜索
電磁屏蔽復合膜的最新內容
來源 | ACS Applied Nano Materials
01
背景介紹
隨著無線通信平臺和便攜式電子產(chǎn)品向高集成度、小型化、輕量化、高功率密度方向快速發(fā)展，全球電磁輻射污染日益嚴重。嚴重的電磁干擾(EMI)不僅會干擾電子設備的正常工作，而且會對人體健康和其他生物系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響因此，人們致力于通過制造各種具有獨特結構特性的電磁干擾屏蔽材料來緩解電磁輻射問題
來源 | Advanced Materials Technology
01
背景介紹
隨著電子器件的廣泛使用和集成電路的精細化和小型化，電子器件功率密度的不斷提高，單位時間內產(chǎn)生的大量廢熱將積聚在電子器件內部。大多數(shù)高精度電子器件對溫度波動極為敏感，因此對穩(wěn)定的工作溫度有很高的要求。此外電子設備在運行過程中不可避免地會產(chǎn)生高頻電磁波的危害
來源 | Composites Part A: Applied Science and Manufacturing
01
背景介紹
由于5G在電子、能源、航空航天等行業(yè)的廣泛和智能化發(fā)展，對具有高功率密度和集成度的功能化高性能聚合物基復合材料的需求很大。例如，電子封裝和能源設備必須有效地散熱，以確保所需的安全系數(shù)和壽命
來源 | Chemical Engineering Journal
01
背景介紹
電子和通信設備的需求不斷增長，器件開始面臨電磁微波(EMWs)污染和熱失控的新挑戰(zhàn)。為了解決這些問題，研究人員開發(fā)了各種材料來滿足熱管理和電磁干擾屏蔽應用的要求，從金屬到聚合物基復合材料。雖然金屬由于其高導熱性和電磁干擾屏蔽性能而被廣泛應用于各種商業(yè)領域
來源 | Carbon
01
背景介紹
隨著電子器件向小型化、集成化、高頻化的快速發(fā)展，在有限的空間內不可避免地會產(chǎn)生嚴重的電磁干擾(EMI)和熱量積累。這會大大降低了電子元件的可靠性，如果不及時消散，甚至可能引發(fā)故障或火災。在這種情況下，采用具有優(yōu)異的電磁屏蔽性能和熱管理性能的材料來解決上述問題是非常理想的方式之一。
含碳導熱填料由于其熱導率高
來源 | Journal of Materials Science & Technology
原文 | https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.01.019
01
背景介紹
隨著可穿戴集成器件的發(fā)展，熱量積累和散熱問題逐漸引起廣泛關注。不均勻的導熱率會導致設備效率低下甚至損壞
圖1 三明治結構電磁屏蔽復合膜的制備示意圖（a）及填料表征（b-g）
圖2 復合電紡纖維和三明治結構電磁屏蔽復合膜的微觀形貌
圖3 三明治結構電磁屏蔽復合膜的電磁屏蔽性能
圖4 三明治結構電磁屏蔽復合膜的電磁屏蔽機理示意圖
》：本征高導熱液晶聚酰亞胺膜
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